FR2706912A1 - - Google Patents
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Abstract
Matériau microporeux électroconducteur comprenant une nappe fibreuse, dépourvue d'amiante, caractérisé en ce que ladite nappe comprend des fibres de carbone ou de graphite, des fibres de polyfluoroéthylène, des fibres minérales inertes, au moins un polymère fluoré liant des fibres et au moins un épaississant. Elément cathodique comprenant ce dit matériau et association de cet élément cathodique avec un diaphragme ou une membrane. Utilisation de cette association dans une cellule d'électrolyse de solutions aqueuses d'halogénures alcalins.Microporous electrically conductive material comprising a fibrous web, free of asbestos, characterized in that said web comprises carbon or graphite fibers, polyfluoroethylene fibers, inert mineral fibers, at least one fluoropolymer binding fibers and at least one thickening. Cathode element comprising said material and association of this cathode element with a diaphragm or a membrane. Use of this combination in a cell for the electrolysis of aqueous solutions of alkali halides.
Description
ELEMENT CATHODIQUE DEPOURVU DE FIBRES D'AMIANTECATHODIC ELEMENT WITHOUT ASBESTOS FIBERS
La présente invention a pour objet un matériau microporeux électroconducteur utilisable notamment pour la réalisation de l'élément cathodique d'une cellule d'électrolyse, et en particulier d'une cellule d'électrolyse de solutions d'halogénures alcalins. Elle concerne également l'élément cathodique comprenant ledit matériau. L'invention s'applique aussi au procédé The subject of the present invention is an electrically conductive microporous material that can be used in particular for producing the cathode element of an electrolysis cell, and in particular of an electrolytic cell for alkaline halide solutions. It also relates to the cathode element comprising said material. The invention also applies to the process
de fabrication dudit matériau.manufacturing said material.
L'invention concerne enfin l'association dudit élément cathodique avec un The invention finally relates to the association of said cathode element with a
diaphragme ou une membrane.diaphragm or membrane.
Elle a trait enfin à l'utilisation de cette association dans une cellule Finally, it relates to the use of this association in a cell
d'électrolyse de solutions aqueuses d'halogénures alcalins. electrolysis of aqueous solutions of alkaline halides.
Les solutions aqueuses d'halogénures alcalins généralement électrolysés Aqueous solutions of alkaline halides generally electrolyzed
sont celles de chlorure de sodium pour obtenir du chlore et de la soude. are those of sodium chloride to obtain chlorine and soda.
On sait que les matériaux utilisés pour la réalisation de l'élément cathodique d'une cellule d'électrolyse doivent répondre à plusieurs qualités: ils doivent présenter une résistivité électrique faible compatible avec le fonctionnement de I'électrolyseur équipé d'un tel élément cathodique à un niveau énergétique acceptable, ils doivent également présenter une épaisseur faible (d'environ 0,1 à mm), alors qu'ils doivent présenter une surface importante qui peut dépasser It is known that the materials used for producing the cathode element of an electrolysis cell must satisfy several qualities: they must have a low electrical resistivity compatible with the operation of the electrolyser equipped with such a cathode element. an acceptable energy level, they must also have a small thickness (from about 0.1 to mm), whereas they must have a large surface that can exceed
plusieurs m2.several m2.
De plus, ces matériaux doivent pouvoir être obtenus par dépôt sur une structure rigide qui présente des taux d'ouverture et des diamètres de trous importants. Ces matériaux sont généralement obtenus par filtration sous vide d'une In addition, these materials must be obtainable by deposition on a rigid structure which has opening rates and large hole diameters. These materials are generally obtained by vacuum filtration of a
suspension de fibres et de liants.suspension of fibers and binders.
Les propriétés d'un tel matériau dépendent d'un certain nombre de paramètres, notamment de la nature et de la concentration des matières The properties of such a material depend on a number of parameters, including the nature and concentration of the materials
fibreuses en suspension, des tensioactifs, des porogènes et additifs divers. fibrous suspension, surfactants, porogens and various additives.
Ainsi, pour réunir ces qualités, il est connu d'utiliser une matière fibreuse constituée d'un mélange de fibres conductrices et nonconductrices tel que notamment décrit dans la demande de brevet européen EP 0 319 517. Dans cette demande de brevet, il est plus particulièrement préconisé le mélange de fibres d'amiante et de fibres de carbone, les fibres de carbone apportant à l'élément cathodique l'électroconductivité et les fibres d'amiante permettant de Thus, to combine these qualities, it is known to use a fibrous material consisting of a mixture of conductive and non-conductive fibers such as in particular described in the European patent application EP 0 319 517. In this patent application, it is more particularly recommended is the mixture of asbestos fibers and carbon fibers, the carbon fibers supplying the cathodic element with electroconductivity and asbestos fibers making it possible to
fixer les liants lors de la filtration. bind the binders during filtration.
Divers perfectionnements ont été apportés tant au dit matériau qu'à leur Various improvements have been made both to the said material and to their
procédé de fabrication.manufacturing process.
Dans la demande de brevet européen EP 0 214 066 déposée au nom de la Demanderesse, il a été proposé des matériaux renfermant des fibres de carbone présentant une distribution monodispersée de longueurs, matériaux dont la qualité et les propriétés sont très sensiblement améliorées, ce qui se traduit par In the European patent application EP 0 214 066 filed in the name of the Applicant, it has been proposed materials containing carbon fibers having a monodisperse distribution of lengths, materials whose quality and properties are significantly improved, which is translated by
un rapport performance/épaisseur beaucoup plus favorable. a much better performance / thickness ratio.
Dans la demande de brevet européen EP 0 296 076 déposée au nom de la Demanderesse, il a été proposé des matériaux électroactivés renfermant un agent électrocatalytique uniformément réparti dans leur masse, ledit agent étant choisi parmi les métaux de Raney et les alliages de Raney dont on a éliminé la In the European patent application EP 0 296 076 filed in the name of the Applicant, electroactivated materials containing an electrocatalytic agent uniformly distributed in their mass have been proposed, said agent being chosen from Raney metals and Raney alloys of which one eliminated the
majeure partie du (des) métal (métaux) facilement éliminable(s). most of the easily removable metal (s).
L'ensemble des éléments cathodiques proposés qui assurent une répartition appréciable du courant est susceptible d'être utilisé dans une cellule d'électrolyse qui comprendra en outre une membrane ou un diaphragme séparant les compartiments anodique et cathodique. Des détails techniques complémentaires pourront être trouvés dans les demandes de brevets européens précités. Toutefois, la qualité des éléments cathodiques décrits et connus de l'état de la technique n'est pas pleinement satisfaisante en raison de la nécessité d'utiliser des fibres d'amiante. En effet, en plus des risques associés à la manipulation de ce produit dangereux pour la santé humaine, la stabilité chimique insuffisante inhérente à l'amiante implique divers inconvénients tels qu'une durée de vie trop courte pour l'électrolyseur comprenant cet élément cathodique et des difficultés à modifier les conditions de fonctionnement de l'électrolyseur, par exemple, par une augmentation de l'intensité électrique et/ou de la concentration en hydroxyde The set of proposed cathode elements which ensure an appreciable distribution of the current can be used in an electrolysis cell which will further comprise a diaphragm or diaphragm separating the anode and cathode compartments. Further technical details can be found in the aforementioned European patent applications. However, the quality of the cathode elements described and known in the state of the art is not fully satisfactory because of the need to use asbestos fibers. Indeed, in addition to the risks associated with the handling of this product that is dangerous for human health, the insufficient chemical stability inherent in asbestos involves various disadvantages, such as a life that is too short for the electrolyser comprising this cathode element and difficulties in modifying the operating conditions of the electrolyser, for example by increasing the electrical intensity and / or the hydroxide concentration
de métal alcalin.of alkali metal.
Dans la demande de brevet EP 0 222 671 déposée au nom de la Demanderesse, il est décrit dans un exemple la fabrication d'une précathode sans amiante à partir d'une suspension ne contenant que des fibres de carbone conductrices. Cependant, la composition de la suspension pour cette fabrication ne permet pas d'assurer industriellement à la nappe une porosité à la fois fine et In the patent application EP 0 222 671 filed in the name of the Applicant, there is described in one example the manufacture of a precathode without asbestos from a suspension containing only conductive carbon fibers. However, the composition of the suspension for this production does not make it possible to provide the web with a porosity that is both fine and
régulière et une très grande cohésion à la cathode. regular and a great cohesion to the cathode.
Il a maintenant été trouvé qu'il est possible de préparer des matériaux dépourvus d'amiante utilisables notamment pour la réalisation d'élément cathodique d'une cellule d'électrolyse de solutions d'halogénures alcalins, ces It has now been found that it is possible to prepare asbestos-free materials that can be used in particular for producing a cathode element of an electrolysis cell for alkaline halide solutions.
matériaux ne présentant pas les inconvénients précités. materials not having the aforementioned drawbacks.
La présente invention a donc pour objet un matériau microporeux électroconducteur comprenant une nappe fibreuse, dépourvue d'amiante, caractérisé en ce que ladite nappe comprend des fibres de carbone ou de graphite, des fibres de polytétrafluoroéthylène, des fibres minérales inertes, au moins un polymère fluoré liant des fibres et au moins un épaississant. L'invention couvre également l'élément cathodique comprenant ledit matériau. L'invention a enfin pour objet un procédé de préparation de matériau microporeux électroconducteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) préparation d'une suspension aqueuse comprenant environ: parties en poids sec d'un mélange de fibres constitué par 20 à 80 parties en poids sec de fibres de carbone ou de graphite et par 80 à 20 parties en poids sec de fibres de polytétrafluoroéthylène; 15. 10 à 100 parties en poids sec de fibres minérales inertes; à 60 parties en poids sec de polymère fluoré liant des fibres; à 200, de préférence de 30 à 100, parties en poids sec de dérivés à base de silice; 4,5 à 30 parties en poids sec d'au moins un épaississant; b) dépôt d'une nappe par filtration sous vide programmé de ladite suspension à travers un support poreux; c) élimination du milieu liquide et séchage de la nappe ainsi formée; d) frittage de la nappe; The present invention therefore relates to an electrically conductive microporous material comprising a fibrous web, free of asbestos, characterized in that said web comprises carbon or graphite fibers, polytetrafluoroethylene fibers, inert mineral fibers, at least one polymer fluorinated binder fibers and at least one thickener. The invention also covers the cathode element comprising said material. Finally, a subject of the invention is a process for the preparation of electroconductive microporous material, characterized in that it comprises the following steps: a) preparation of an aqueous suspension comprising approximately: parts by dry weight of a mixture of fibers consisting of 20 to 80 parts by dry weight of carbon or graphite fibers and with 80 to 20 parts by dry weight of polytetrafluoroethylene fibers; 15. 10 to 100 parts by dry weight of inert mineral fibers; to 60 parts by dry weight of fluoropolymer binding fibers; at 200, preferably from 30 to 100, parts by dry weight of silica-based derivatives; 4.5 to 30 parts by dry weight of at least one thickener; b) depositing a web by vacuum filtration of said suspension through a porous support; c) removing the liquid medium and drying the web thus formed; d) sintering the web;
e) élimination des dérivés à base de silice. e) elimination of silica-based derivatives.
Le matériau microporeux électroconducteur susceptible d'être préparé par ce procédé constitue un matériau microporeux électroconducteur préféré de la The electroconductive microporous material capable of being prepared by this process constitutes a preferred electroconductive microporous material of the invention.
présente invention.present invention.
Par "matériau microporeux électroconducteur", on entend selon l'invention des matériaux microporeux qui présentent une résistivité électrique comprise généralement entre 0,5 et 15 Q.cm.. Pour des raisons de consommation énergétique, cette résistivité est de préférence comprise entre 0,5 et 10 Q.cm. et According to the invention, the term "electrically conductive microporous material" is intended to mean microporous materials which have an electrical resistivity generally of between 0.5 and 15 Ω.cm. For reasons of energy consumption, this resistivity is preferably between 0.degree. 5 and 10 Q.cm. and
de manière encore plus préférentielle comprise entre 0,5 et 2 Q.cm.. even more preferably between 0.5 and 2 Q.cm ..
De manière encore plus préférentielle dans le procédé de la présente invention, le mélange de fibres de carbone ou de graphite et de fibres de polytétrafluoroéthylène est constitué par 60 à 80 parties en poids sec de fibres de carbone ou de graphite et par 40 à 20 parties en poids sec de fibres de polytétrafluoroéthylène. Avantageusement, les quantités de fibres minérales inertes et d'épaississant mises en oeuvre lors du procédé et présentes dans la nappe fibreuse selon la présente invention sont respectivement comprises entre 20 et Even more preferably in the process of the present invention, the mixture of carbon or graphite fibers and polytetrafluoroethylene fibers consists of 60 to 80 parts by dry weight of carbon or graphite fibers and of 40 to 20 parts by weight. in dry weight of polytetrafluoroethylene fibers. Advantageously, the amounts of inert mineral fibers and thickeners used during the process and present in the fibrous web according to the present invention are respectively between 20 and
parties en poids sec et 5 et 20 parties en poids sec. parts by dry weight and 5 and 20 parts by dry weight.
En pratique, la suspension aqueuse préparée à l'étape a) du procédé selon la présente invention est une suspension à environ 2 à 5 % en poids de matière sèche. Le matériau, l'élément cathodique et le procédé de préparation dudit matériau selon l'invention comportent ou mettent en oeuvre, comme il l'a été stipulé ci-dessus, un certain nombre d'éléments qui vont maintenant être étudiés In practice, the aqueous suspension prepared in step a) of the process according to the present invention is a suspension of about 2 to 5% by weight of dry matter. The material, the cathode element and the process for preparing said material according to the invention comprise or implement, as has been stipulated above, a certain number of elements which will now be studied.
plus précisément. Pour tout le reste de la description, tout ce qui est décrit au more precisely. For the rest of the description, everything described in
sujet desdits éléments s'applique tant au matériau, à l'élément cathodique ou au subject of said elements applies to both the material, the cathode element or the
diaphragme qu'au procédé qui utilisent ces éléments. diaphragm only to the process that use these elements.
Les fibres de polytétrafluoroéthylène, ci-après dénommées fibres de PTFE, utilisées dans le cadre de la présente invention peuvent présenter des dimensions variables: leur diamètre (D) est généralement compris entre 10 et 500 pm et leur longueur (L) est telle que le rapport L/D soit compris entre 5 et 500. De préférence, on recourt à des fibres de PTFE dont les dimensions moyennes sont comprises entre 1 et 10 mm pour la longueur et entre 50 et 200 tz m pour le diamètre. Leur préparation est décrite dans le brevet américain no 4 The polytetrafluoroethylene fibers, hereinafter referred to as PTFE fibers, used in the context of the present invention may have variable dimensions: their diameter (D) is generally between 10 and 500 μm and their length (L) is such that the L / D ratio is between 5 and 500. Preferably, PTFE fibers are used whose average dimensions are between 1 and 10 mm for the length and between 50 and 200 tz m for the diameter. Their preparation is described in US Pat. No. 4
444 640 et ce type de fibres de PTFE est connu de l'homme du métier. 444 640 and this type of PTFE fibers is known to those skilled in the art.
Les fibres de carbone ou de graphite se présentent sous forme de filaments dont le diamètre est généralement inférieur à 1 mm et, de préférence, compris entre 10-5 et 0,1 mm et dont la longueur est supérieure à 0,5 mm et, de The carbon or graphite fibers are in the form of filaments whose diameter is generally less than 1 mm and preferably between 10-5 and 0.1 mm and whose length is greater than 0.5 mm and of
préférence, comprise entre 1 et 20 mm. preferably between 1 and 20 mm.
De préférence, ces fibres de carbone ou de graphite présentent une distribution de longueurs monodispersées, c'est à dire une distribution de longueurs telles que la longueur d'au moins 80 % et, avantageusement d'au moins 90 %, des fibres correspond à la longueur moyenne à + 20 % près, et de Preferably, these carbon or graphite fibers have a monodisperse length distribution, that is to say a length distribution such that the length of at least 80% and, advantageously at least 90%, of the fibers corresponds to average length to + 20%, and
préférence à + 10 % près.preferably within + 10%.
Par "fibres minérales inertes", on entend selon l'invention toute fibre minérale inerte chimiquement vis-à-vis des produits formés lors de l'utilisation du matériau dans une cellule d'électrolyse. Ces fibres ont notamment pour rôle d'apporter une consolidation, un renforcement du diaphragme, sans pénaliser toutefois le matériau en ce qui concerne sa mouillabilité et sa conductivité. Ainsi, lors d'une utilisation du matériau dans une cellule d'électrolyse de solutions de chorure de sodium, les fibres minérales employées doivent être notamment By "inert mineral fibers" is meant according to the invention any mineral fiber chemically inert vis-à-vis the products formed during the use of the material in an electrolysis cell. These fibers have the role of providing a consolidation, a strengthening of the diaphragm, but without penalizing the material with respect to its wettability and conductivity. Thus, when using the material in an electrolytic cell for solutions of sodium chloride, the mineral fibers used must be especially
inertes vis-à-vis de la soude formée. inert to the soda formed.
On utilise de préférence des fibres de titanate, des fibres de sulfoaluminate de calcium (fibres d'ettringite), des fibres céramiques (telles que des fibres de dioxyde de zirconium, de carbure de silicium, de nitrure de bore), des fibres de suboxydes de titane de formule chimique générale TinO2n-1 avec n, nombre entier, compris entre 4 et 10 (du type Ebonex m fabriqué et commercialisé par la société l.M.I.) seules ou en mélange. On utilise plus particulièrement des fibres Titanate fibers, calcium sulfoaluminate fibers (ettringite fibers), ceramic fibers (such as zirconium dioxide, silicon carbide, boron nitride fibers), suboxidic fibers are preferably used. titanium of general chemical formula TinO2n-1 with n, integer, between 4 and 10 (of the type Ebonex m manufactured and sold by the company IMI) alone or in admixture. Fibers are more particularly used
de titanate.of titanate.
Les fibres de titanate sont des matériaux connus. Ainsi, les fibres de titanate de potassium sont disponibles dans le commerce. D'autres fibres dérivant de I'octatitanate de potassium K2Ti8O17 par remplacement partiel des ions titane au degré d'oxydation IV par des cations magnésium et nickel, ou au degré d'oxydation II! tels les cations fer ou chrome et par compensation de charge assurée par des ions alcalins tels les cations sodium et potassium, sont décrites Titanate fibers are known materials. Thus, potassium titanate fibers are commercially available. Other fibers derived from potassium octatitanate K2Ti8O17 by partial replacement of titanium ions at oxidation state IV with magnesium and nickel cations, or at the oxidation state II! such as iron or chromium cations and by charge compensation provided by alkaline ions such as sodium and potassium cations, are described
dans la demande de brevet français n 2 555 207. in French Patent Application No. 2,555,207.
D'autres fibres de titanate telles celles en tétratitanate de potassium Other titanate fibers such as potassium tetratitanate
(K2Ti409) ou ses dérivés peuvent être utilisées. (K2Ti409) or its derivatives may be used.
Par "épaississant", on entend selon la présente invention un composé qui augmente la viscosité de la solution et qui présente des propriétés rétentrices d'eau. On utilise généralement des polysaccharides naturels ou synthétiques. On peut notamment citer les biopolymères obtenus par fermentation d'un hydrate de carbone sous l'action de micro-organismes. On utilise avantageusement la gomme xanthane. La gomme xanthane est synthétisée à l'aide de bactéries appartenant au genre Xanthomonas et plus particulièrement aux espèces By "thickener" is meant according to the present invention a compound which increases the viscosity of the solution and which has water retentive properties. Natural or synthetic polysaccharides are generally used. It may be mentioned in particular biopolymers obtained by fermentation of a carbohydrate under the action of microorganisms. The xanthan gum is advantageously used. Xanthan gum is synthesized using bacteria belonging to the genus Xanthomonas and more particularly to the species
décrites dans Bergey's manual of determination bacteriology (8ème édition - described in Bergey's manual of determining bacteriology (8th edition -
1974 - Williams N. Wilkins C Baltimore) telles que Xanthomonas begoniae, Xanthomonas campestris, Xanthomonas carotae, Xanthomonas hederae, Xanthomonas incanae, Xanthomonas malvacearum, Xanthomonas papavericola, Xanthomonas phaseoli, Xanthomonas pisi, Xanthomonas vasculorum, 1974 - Williams N. Wilkins C Baltimore) such as Xanthomonas begoniae, Xanthomonas campestris, Xanthomonas carotae, Xanthomonas hederae, Xanthomonas incanae, Xanthomonas malvacearum, Xanthomonas papavericola, Xanthomonas phaseoli, Xanthomonas pisi, Xanthomonas vasculorum,
Xanthomonas vesicatoria, Xanthomonas vitians, Xanthomonas pelargonii. Xanthomonas vesicatoria, Xanthomonas vitians, Xanthomonas pelargonii.
L'espèce Xanthomonas campestris convient tout particulièrement bien pour la The species Xanthomonas campestris is particularly suitable for
synthèse de la gomme xanthane.synthesis of xanthan gum.
Parmi les autres micro-organismes capables de produire des polysaccharides de propriétés similaires, on peut citer les bactéries appartenant au genre Arthrobacter, au genre Erwinia, au genre Azobacter, au genre Other microorganisms capable of producing polysaccharides of similar properties include bacteria belonging to the genus Arthrobacter, genus Erwinia, genus Azobacter, genus
Agrobacter ou les champignons appartenant au genre Sclerotium. Agrobacter or fungi belonging to the genus Sclerotium.
La gomme xanthane peut être obtenue par tout moyen connu en soi. Xanthan gum can be obtained by any means known per se.
Conventionnellement, le polysaccharide est isolé du moût de fermentation par évaporation, séchage et broyage ou par précipitation au moyen d'un alcool inférieur, séparation du liquide, séchage et broyage de façon à obtenir une poudre. Les poudres disponibles commercialement ont une granulométrie généralement comprise entre 50 et 250 l.m et une densité apparente supérieure Conventionally, the polysaccharide is isolated from the fermentation broth by evaporation, drying and grinding or by precipitation with a lower alcohol, separation of the liquid, drying and grinding so as to obtain a powder. The commercially available powders have a particle size generally of between 50 and 250 μm and a higher bulk density.
à environ 0,7.at around 0.7.
Le liant du matériau microporeux électroconducteur conforme à l'invention The binder of the electrically conductive microporous material according to the invention
est constitué par des polymères fluorés. consists of fluorinated polymers.
Par "polymères fluorés", on entend les homopolymères ou des copolymères dérivés au moins en partie de monomères oléfiniques substitués par des atomes de fluor, ou substitués par une combinaison d'atomes de fluor et de l'un au moins By "fluoropolymers" is meant homopolymers or copolymers derived at least in part from olefinic monomers substituted by fluorine atoms, or substituted by a combination of fluorine atoms and at least one
des atomes de chlore, de brome ou d'iode par monomère. chlorine, bromine or iodine atoms per monomer.
Des exemples d'homopolymères ou de copolymères fluorés peuvent être constitués par les polymères et copolymères dérivés de tétrafluoroéthylène, Examples of fluorinated homopolymers or copolymers may consist of polymers and copolymers derived from tetrafluoroethylene,
hexafluoropropylène, chlorotrifluoroéthylène, bromotrifluoroéthylène. hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, bromotrifluoroethylene.
De tels polymères peuvent également comprendre jusqu'à 75 % molaire de motifs dérivés d'autres monomères éthyléniquement insaturés contenant au moins autant d'atomes de fluor que d'atomes de carbone, comme par exemple le (di)fluorure de vinylidène, les esters de vinyle et de perfluoroalkyle, tel que le perfluoroalcoxyéthylène. Le polymère fluoré se présente avantageusement selon l'invention sous forme d'une dispersion aqueuse renfermant, en général, de 30 à 70 % de polymère sec, de granulométrie comprise entre 0,1 et 5 micromètres et de Such polymers can also comprise up to 75 mol% of units derived from other ethylenically unsaturated monomers containing at least as many fluorine atoms as carbon atoms, such as for example vinylidene (di) fluoride, esters and the like. vinyl and perfluoroalkyl, such as perfluoroalkoxyethylene. The fluorinated polymer is advantageously according to the invention in the form of an aqueous dispersion containing, in general, from 30 to 70% of dry polymer, with a particle size of between 0.1 and 5 micrometers, and
préférence entre 0,1 et 1 micromètre. preferably between 0.1 and 1 micrometer.
De préférence, le polymère fluoré utilisé est un polytétrafluoroéthylène. Preferably, the fluoropolymer used is a polytetrafluoroethylene.
Par "dérivés à base de silice", on entend selon l'invention les silices By "silica-based derivatives" is meant according to the invention the silicas
précipitées et les silices de combustion ou pyrogénées. precipitated and fumed or pyrogenic silicas.
De manière avantageuse, les silices présentent une surface spécifique BET comprise entre 100 m2/g et 300 m2/g et/ou une granulométrie évaluée au compteur COULTER entre 1 et 50 microns et, de préférence, entre 1 et 15 microns. Ces dérivés se comportent comme d'excellents agents porogènes n'apportant pratiquement pas de déconsolidation du matériau microporeux électroconducteur lorsqu'ils sont utilisés dans les quantités de la présente invention. Ces dérivés sont également des agents formant des réseaux de latex Advantageously, the silicas have a BET specific surface area of between 100 m 2 / g and 300 m 2 / g and / or a particle size evaluated by the Coulter counter between 1 and 50 microns and preferably between 1 and 15 microns. These derivatives behave as excellent porogens providing substantially no deconsolidation of the electroconductive microporous material when used in the amounts of the present invention. These derivatives are also agents forming lattices of latex
constitué par le liant présent.constituted by the binder present.
L'élimination des dérivés à base de silice peut être réalisée par attaque en milieu alcalin. Cette élimination crée la microporosité du matériau selon la présente invention. Cette élimination des dérivés à base de silice peut se faire avant l'utilisation du matériau microporeux électroconducteur en électrolyse, mais, de manière pratique et avantageuse, les dérives à base de silice peuvent être éliminés "in situ" dans l'électrolyseur par dissolution en milieu alcalin notamment pendant les premières heures d'électrolyse. Ainsi, l'élimination est avantageusement réalisée au contact d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium dont la concentration est comprise entre 40 et 200 g/I et à une The removal of the silica-based derivatives can be carried out by etching in an alkaline medium. This elimination creates the microporosity of the material according to the present invention. This elimination of the silica-based derivatives can be carried out before the use of the electroconductive microporous material in electrolysis, but, in a practical and advantageous manner, the silica-based drifts can be removed "in situ" in the electrolyser by dissolving alkaline medium especially during the first hours of electrolysis. Thus, the elimination is advantageously carried out in contact with an aqueous solution of sodium hydroxide whose concentration is between 40 and 200 g / l and at a concentration of
température comprise entre 20 et 95 C. temperature between 20 and 95 C.
Dans la présente invention, on ajoute, de préférence, lors de la préparation de la suspension à l'étape a) au moins un tensioactif. La quantité maximale de tensioactif présent est généralement de 10 parties en poids sec, de préférence la quantité de tensioactif est comprise entre 0,5 et 5 parties en poids sec. De préférence, on utilise un tensioactif non ionique. Comme tensioactif non ionique, on peut notamment utiliser des alcools éthoxylés ou des composés fluorocarbonés à groupes fonctionnalisés seuls ou en mélange; ces alcools ou ces composés fluorocarbonés présentent généralement des chaînes carbonées de C6 à C20. De préférence, on utilise des alcools éthoxylés qui sont des In the present invention, at least one surfactant is preferably added during the preparation of the suspension in step a). The maximum amount of surfactant present is generally 10 parts by dry weight, preferably the amount of surfactant is between 0.5 and 5 parts by dry weight. Preferably, a nonionic surfactant is used. Nonionic surfactants that may be used include ethoxylated alcohols or fluorocarbon compounds with functional groups alone or as a mixture; these alcohols or fluorocarbon compounds generally have carbon chains of C6 to C20. Preferably, ethoxylated alcohols are used which are
alkylphénols éthoxylés, tels que notamment les octoxynols. ethoxylated alkylphenols, such as in particular octoxynols.
D'autres éléments peuvent être ajoutés à la suspension de l'étape a) du procédé selon la présente invention. Ainsi, ces additifs peuvent notamment correspondre à des agents électrocatalytiques choisis dans le groupe constitué par les métaux de Raney et les alliages dont on va éliminer la majeure partie du (des) métal (métaux) facilement éliminable(s), et leurs mélanges. Des matériaux électroactivés renfermant un agent électrocatalytique de ce type est décrite dans Other elements may be added to the suspension of step a) of the process according to the present invention. Thus, these additives may in particular correspond to electrocatalytic agents chosen from the group consisting of Raney metals and alloys from which most of the easily removable metal (s) will be removed, and mixtures thereof. Electroactivated materials containing an electrocatalytic agent of this type are described in
la demande de brevet européen n 0 296 076 déposée par la Demanderesse. European Patent Application No. 296,076 filed by the Applicant.
Selon le procédé de la présente invention, la nappe est donc formée par According to the method of the present invention, the sheet is thus formed by
filtration sous vide programmé de ladite suspension à travers un support poreux. programmed vacuum filtration of said suspension through a porous support.
Ces supports poreux peuvent notamment être des toiles ou des grilles dont le vide de maille, les perforations ou la porosité peut être compris entre 1!m et 5 mm, et de préférence compris entre 20 1im et 2 mm. Ces supports poreux peuvent présenter une ou plusieurs surfaces planes ou cylindriques, appelé These porous supports may in particular be webs or grids whose mesh gap, perforations or porosity may be between 1 μm and 5 mm, and preferably between 20 μm and 2 mm. These porous supports may have one or more flat or cylindrical surfaces, called
communément "doigt de gant", présentant une surface ouverte. commonly "glove finger", having an open surface.
Dans le cas o le matériau microporeux électroconducteur selon l'invention est utilisé dans les cellules d'électrolyse d'halogénures alcalins ou plus spécifiquement de chlorure de sodium, le matériau microporeux électroconducteur peut être associé à un support métallique qui constitue la cathode élémentaire. On parle ainsi plus particulièrement d'élément cathodique ou encore d'électrode volumique. Par ces termes, on entend un support rigide métallique dont la fonction est seulement d'amener l'électricité et un matériau In the case where the electroconductive microporous material according to the invention is used in the electrolysis cells of alkali halides or more specifically sodium chloride, the electroconductive microporous material may be associated with a metal support which constitutes the elementary cathode. This is more particularly the cathode element or the voluminal electrode. By these terms we mean a rigid metal support whose function is only to bring electricity and a material
microporeux électroconducteur qui remplit la fonction cathodique. microporous electroconductive which performs the cathodic function.
Cet assemblage matériau microporeux électroconducteur/support métallique peut se faire de différentes manières. La première manière de procéder est de fabriquer tout d'abord la nappe tel que décrit aux étapes a) à c) du procédé de préparation du matériau microporeux électroconducteur selon la présente invention, puis d'appliquer cette nappe sur le support métallique qui constitue la cathode élémentaire et ensuite de fritter l'ensemble. Selon une autre variante préférée, car plus simple de mise en oeuvre, on filtre directement la suspension décrite à l'étape a) du procédé de préparation du matériau microporeux électroconducteur selon la présente invention à travers le support métallique qui This electroconductive microporous material / metal support assembly can be made in different ways. The first way of proceeding is to first manufacture the web as described in steps a) to c) of the process for preparing the electrically conductive microporous material according to the present invention, then to apply this layer on the metal support which constitutes the elementary cathode and then sinter the whole. According to another preferred variant, since it is simpler to use, the suspension described in step a) of the process for preparing the electrically conductive microporous material according to the present invention is filtered directly through the metal support which
constitue la cathode élémentaire.constitutes the elementary cathode.
Ainsi, le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux dans le cas o l'on désire préparer un élément cathodique. Cet élément cathodique comprend ainsi une structure rigide électroconductrice, tel qu'un support poreux métallique, sur laquelle se trouve le matériau microporeux électroconducteur Thus, the process according to the invention is particularly advantageous in the case where it is desired to prepare a cathode element. This cathode element thus comprises an electroconductive rigid structure, such as a porous metal support, on which is located the electroconductive microporous material.
selon la présente invention.according to the present invention.
Dans le cas o l'élément cathodique est utilisé dans les cellules d'halogénures alcalins ou plus spécifiquement de chlorure de sodium, I'élément cathodique peut être associé à un diaphragme ou une membrane, jouant le rôle In the case where the cathode element is used in alkaline halide or more specifically sodium chloride cells, the cathode element may be associated with a diaphragm or a membrane, playing the role of
de séparateur entre la cathode et l'anode dans une cellule d'électrolyse. separator between the cathode and the anode in an electrolysis cell.
Dans le cas d'une membrane, laquelle peut être choisie parmi les nombreuses membranes d'électrolyse décrites dans la littérature, I'élément cathodique selon l'invention constitue un excellent support mécanique et assure une bonne répartition du courant. Cette répartition du courant est liée à la In the case of a membrane, which may be chosen from the numerous electrolysis membranes described in the literature, the cathode element according to the invention constitutes an excellent mechanical support and ensures a good distribution of the current. This current distribution is linked to the
structure particulière de l'élément cathodique conforme à l'invention. particular structure of the cathode element according to the invention.
L'élément cathodique peut donc également être lié à un diaphragme. Le diaphragme est constitué de fibres microconsolidées sous forme de nappe. Ce diaphragme, qui peut aussi être choisi parmi les nombreux diaphragmes pour électrolyse maintenant connus, peut être fabriqué séparément. Il peut aussi, et ceci est une modalité avantageuse, être fabriqué directement sur la nappe de The cathode element can therefore also be linked to a diaphragm. The diaphragm consists of microconsolidated fibers in the form of a sheet. This diaphragm, which can also be chosen from the many electrolysis diaphragms now known, can be manufactured separately. It can also, and this is an advantageous modality, be manufactured directly on the tablecloth
fibres que constitue le matériau microporeux électroconducteur. fibers that constitute the electrically conductive microporous material.
Les diaphragmes préférentiellement utilisés sont ceux décrits dans les demandes de brevets EP 0 412 916 et 0 412 917 déposées par la Demanderesse. On utilise avantageusement le diaphragme sans amiante décrit The diaphragms preferably used are those described in the patent applications EP 0 412 916 and 0 412 917 filed by the Applicant. Advantageously used diaphragm without asbestos described
dans la demande de brevet EP 0 412 917. in the patent application EP 0 412 917.
Il est clair que l'association en cause est en quelque sorte un empilement d'une face vers l'autre de trois couches, à savoir le support métallique poreux, le matériau microporeux électroconducteur et la membrane ou le diaphragme, ledit It is clear that the association in question is in a way a stack from one side to the other of three layers, namely the porous metal support, the electroconductive microporous material and the membrane or the diaphragm, said
empilement formant un ensemble cohérent. stack forming a coherent whole.
Les différents programmes de vide décrits auparavant peuvent être réalisés en continu ou par paliers, de la pression atmosphérique à la pression finale qui The various vacuum programs described previously can be carried out continuously or in stages, from the atmospheric pressure to the final pressure which
se situe à environ 0,01 à 0,5 bar absolu. is about 0.01 to 0.5 bar absolute.
Le frittage est généralement réalisé à une température supérieure au point de fusion ou de ramollissement des polymères fluorés, liants des fibres. Ce Sintering is generally carried out at a temperature above the melting or softening point of the fluoropolymers, binders of the fibers. This
frittage permet la consolidation de la nappe précédemment mentionnée. sintering allows consolidation of the previously mentioned web.
Dans ce qui suit ou ce qui précède, les pourcentages exprimés sont en In what follows or the above, the percentages expressed are in
poids, sauf mention contraire.weight, unless otherwise stated.
Des exemples concrets mais non limitatifs vont maintenant être donnés. Concrete but non-limiting examples will now be given.
EXEMPLE COMPARATIF 1COMPARATIVE EXAMPLE 1
Préparation de matériau microporeux électroconducteur avec fibres d'amiante On prépare une suspension à partir de: - eau permutée, dont la quantité est calculée pour obtenir environ 4 litres de suspension et un extrait sec d'environ 4,84% en poids, - 30 g de fibres d'amiante chrysotyle dont la longueur moyenne est 1 à 5 mm et dont le diamètre est de 200 Angstrôm environ, Preparation of Microporous Electroconductive Material with Asbestos Fibers A suspension is prepared from: - deionized water, the amount of which is calculated to obtain about 4 liters of suspension and a solids content of about 4.84% by weight; g chrysotyl asbestos fibers whose average length is 1 to 5 mm and whose diameter is about 200 Angstrom,
- 2,1 g de gomme xanthane.2.1 g of xanthan gum.
Après agitation rotative de quelques minutes, on ajoute: - 35 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à 60% d'extrait sec, - 100 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3 p.m et dont la surface B.E.T. est de 250 m2.g-1, - 70 g de fibres de carbone dont le diamètre est d'environ 10 Fim et dont la longueur moyenne est de 1,5 mm, - 3,3 g de Triton X 100 de la société Rohm et Haas, - 121 g de nickel de Raney sous forme de poudre de 10 tm (Ni 20 commercialisé After rotary stirring for a few minutes, 35 g of polytetrafluoroethylene in the form of a latex with a solids content of 60%, 100 g of precipitated silica in the form of particles having an average particle size of 3 μm and a surface area of B.E.T. is 250 m2.g-1, 70 g of carbon fiber whose diameter is about 10 μm and the average length of which is 1.5 mm, 3.3 g of Triton X 100 from Rohm. and Haas, 121 g of Raney nickel in powder form of 10 tm (marketed Ni)
par la Société Procatalyse).by the Procatalyse Company).
Après agitation, on dépose par filtration, sous vide programmé et préétabli, sur un grillage de fer tressé et laminé d'acier type "Gantois" dont l'ouverture est de 2 mm et dont le diamètre de fils est de 1 mm, la surface efficace étant de 1,21 dm2. La dépression est donc établie et croit de 50 mbars par minute pour atteindre environ 800 mbars. Cette dépression maximale est maintenue pendant After stirring, it is deposited by filtration, under programmed vacuum and preset, on a wire mesh braided and laminated steel type "Gantois" whose opening is 2 mm and whose wire diameter is 1 mm, the surface effective being 1.21 dm2. The depression is established and increases by 50 mbar per minute to about 800 mbar. This maximum depression is maintained during
environ 15 minutes.about 15 minutes.
L'ensemble est alors séché, puis consolidé par fusion du polymère fluoré. The assembly is then dried and then consolidated by melting the fluoropolymer.
La silice est éliminée "in situ" dans l'électrolyseur par dissolution en milieu The silica is removed "in situ" in the electrolyser by dissolution in medium
alcalin notamment pendant les premières heures d'électrolyse. alkaline especially during the first hours of electrolysis.
Les caractéristiques du dépôt de la suspension sont les suivantes: - le temps d'écoulement est de 200-300 s, - le taux d'arrêt est d'environ 70%, - le vide final est de 200 à 300 mbar, - l'épaisseur est de 1,5 à 2, 5 mm, The characteristics of the deposition of the suspension are as follows: the flow time is 200-300 s, the stopping rate is approximately 70%, the final vacuum is 200 to 300 mbar, thickness is 1.5 to 2.5 mm,
- la résistivité électrique est de 0,5 à 2 Q.cm-1. - The electrical resistivity is 0.5 to 2 Q.cm-1.
Le temps d'écoulement correspond au temps nécessaire pour filtrer la totalité de la suspension (le vide étant programmé, le temps d'écoulement devient un paramètre caractérisant le dépôt et dépendant de la suspension filtrée). La dépression maximale atteinte par le système est maintenue pendant 15 The flow time corresponds to the time required to filter the entire suspension (the vacuum being programmed, the flow time becomes a parameter characterizing the deposition and depending on the filtered suspension). The maximum depression reached by the system is maintained for 15
minutes environ, cette phase correspond à l'essorage de la nappe ainsi formée. about minutes, this phase corresponds to the spinning of the sheet thus formed.
A la fin de cette phase d'essorage, la dépression se maintient à un niveau stationnaire, appelé vide final. Ce vide final est également un paramètre caractérisant le dépôt et dépendant de la suspension filtrée, il est plus At the end of this spinning phase, the depression is maintained at a stationary level, called final vacuum. This final vacuum is also a parameter characterizing the deposition and depending on the filtered suspension, it is more
particulièrement représentatif de la structure poreuse de la nappe déposée. particularly representative of the porous structure of the deposited web.
Le taux d'arrêt est constaté par simple bilan des matières par pesée. The stopping rate is recorded by simple balance of materials by weighing.
Après séchage ou consolidation, la nappe formée peut être détachée de la grille sur laquelle s'est effectuée le dépôt. La résistivité électrique peut alors être mesurée au moyen d'un ohmmètre relié à deux plaques métalliques conductrices After drying or consolidation, the formed web can be detached from the grid on which the deposit was made. The electrical resistivity can then be measured by means of an ohmmeter connected to two conductive metal plates
du courant, eux-mêmes étant appliqués sur les faces opposées de la nappe. current, themselves being applied to opposite sides of the web.
Préparation de l'association de l'élément cathodique avec amiante et d'un diaphragme sans amiante On dépose sur l'élément cathodique (diaphragme microporeux + grillage) ainsi préparé une nappe en vue de préparer un diaphragme dans les conditions données dans les exemples de la demande de brevet EP 0 412 917 déposée par Preparation of the combination of the cathode element with asbestos and an asbestos-free diaphragm The cathode element (microporous diaphragm + wire mesh) thus prepared is deposited with a sheet in order to prepare a diaphragm under the conditions given in the examples of patent application EP 0 412 917 filed by
la Demanderesse.the Applicant.
La suspension de départ, pour préparer ce diaphragme, est la suivante: 100 g de fibres de polytétrafluoroéthylène (= PTFE) introduites sous forme de g d'un mélange de chlorure de sodium et de fibres de PTFE (50/50 en poids) traitée au préalable, comme décrit ci-après, - 60 g de fibres titanate de potassium de diamètre de 0,2 à 0,5 pm et de longueur de10 à20 Lm, - 40 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à environ 65 % en poids d'extrait sec, - 50 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3,um et dont la surface B.E.T. est de 250 m2/g, The starting suspension for preparing this diaphragm is as follows: 100 g of polytetrafluoroethylene (= PTFE) fibers introduced as g of a mixture of sodium chloride and PTFE fibers (50/50 by weight) treated beforehand, as described below, - 60 g of potassium titanate fibers with a diameter of 0.2 to 0.5 μm and a length of 10 to 20 μm, - 40 g of polytetrafluoroethylene in the form of a latex at approximately 65% by weight of dry extract, - 50 g of silica precipitated in the form of particles of average particle size of 3 μm and whose BET surface is 250 m2 / g,
- 3,6 g de triton X 100 de la société Rohm et Haas. 3.6 g of triton X 100 from Rohm and Haas.
Les fibres de PTFE imprégnées de NaCI sont préalablement traitées par mixage d'une solution d'un litre d'eau comprenant environ 100 g d'un mélange renfermant environ 50 % de fibres de PTFE et 50 % de chlorure de sodium. Cette opération est éventuellement répétée de manière à obtenir la quantité voulue de The PTFE fibers impregnated with NaCl are pretreated by mixing a solution of one liter of water comprising approximately 100 g of a mixture containing approximately 50% of PTFE fibers and 50% of sodium chloride. This operation is optionally repeated so as to obtain the desired quantity of
fibres de PTFE.PTFE fibers.
On a alors évalué les performances de l'association ainsi fabriquée dans une cellule d'électrolyse qui présente les caractéristiques et dont les conditions de fonctionnement sont indiquées ci-après: Anode en titane déployé, laminé, revêtu de TiO2-RuO2 20. Elément cathodique en acier doux tressé et laminé; fils de 2 mm, maille de 2 mm recouvert du matériau microporeux électroconducteur et du diaphragme Distance anode- association de 6 mm Surface active de l'électrolyseur de 0,5 dm2 Cellule assemblée selon le type filtre-presse 25. Densité de courant de 25 A.dm- 2 Température de 85 C Fonctionnement à chlorure anodique constant de 4,8 mole.l-1 Titre de la soude électrolytique de 120 ou 200 g/I Les conditions particulières et les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau (Il) ci-après: RF: rendement Faraday AU: tension aux bornes de l'électrolyseur sous la densité de courant spécifiée À performance (kwh/TCI2) correspond à la consommation énergétique du système en kilowattheure par tonne de chlore produit 35. AUi-->O correspond à la tension d'électrolyse à 85 C et i = O par extrapolation de la courbe U = f(i) The performance of the combination thus manufactured was then evaluated in an electrolysis cell which has the characteristics and whose operating conditions are indicated below: Expanded titanium anode, rolled, coated with TiO2-RuO2 20. Cathodic element mild steel braided and laminated; 2 mm wire, 2 mm mesh covered with microporous electroconductive material and diaphragm 6 mm anode-combination distance Electrolytic active surface area of 0.5 dm2 Cell assembled according to filter press type 25. Current density 25 A.dm- 2 Temperature of 85 C Constant anodic chloride operation of 4.8 mol.l-1 Title of the electrolytic soda of 120 or 200 g / l The particular conditions and the results obtained are collated in Table (II) below: RF: Faraday output AU: Voltage across the electrolyser below the specified current density At performance (kwh / TCI2) corresponds to the energy consumption of the system in kilowatt hours per ton of chlorine produced 35. AUi -> O corresponds to the electrolysis voltage at 85 C and i = O by extrapolation of the curve U = f (i)
EXEMPLE COMPARATIF 2COMPARATIVE EXAMPLE 2
Préparation de matériau microporeux électroconducteur à base de fibres de carbone On prépare de la même manière que dans l'exemple comparatif 1 un matériau microporeux électroconducteur à partir d'une suspension comprenant: - 7000 g d'eau permutée, - 100 g de fibres de graphite dont lalongueur est de 1 à 2 mm, - 1 g de dioctylsulfosuccinate de Na, - 35 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à environ 65 % en poids d'extrait sec, - 100 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3 im et dont la surface B.E.T. est de 250 m2.g-1 Preparation of Microporous Electroconductive Material Based on Carbon Fibers An electroconductive microporous material is prepared in the same manner as in Comparative Example 1 from a suspension comprising: 7000 g of permutated water, 100 g of graphite whose length is 1 to 2 mm, 1 g of dioctylsulfosuccinate of Na, 35 g of polytetrafluoroethylene in latex form to about 65% by weight of dry extract, 100 g of precipitated silica in the form of particles of granulometry average of 3 μm and BET surface is 250 m2.g-1
- 235 d'alliage de Raney.- 235 Raney alloy.
Les caractéristiques du dépôt de la suspension sont les suivantes: - le temps d'écoulement est inférieur à 100 s, - le taux d'arrêt est d'environ 80%, The characteristics of the deposition of the suspension are the following: the flow time is less than 100 seconds, the stopping rate is about 80%,
- le vide final est inférieur à 200 mbar. the final vacuum is less than 200 mbar.
Les valeurs de temps d'écoulement et de vide final sont faibles. Cela se traduit par la formation d'un matériau microporeux électroconducteur d'épaisseur The values of flow time and final vacuum are low. This results in the formation of a thick electroconductive microporous material
trop élevé et fortement non uniforme sur toute sa surface. too high and strongly non-uniform throughout its surface.
EXEMPLES COMPARATIFS 3 à 8COMPARATIVE EXAMPLES 3 to 8
Préparation de matériau microporeux électroconducteur dépourvu de fibres minérales inertes et de fibres d'amiante On prépare de la même manière que dans l'exemple comparatif 1 un matériau microporeux électroconducteur à partir d'une suspension comprenant: - 30 g de fibres de PTFE introduites sous forme d'un mélange de chlorure de sodium et de fibres de PTFE (50/50 en poids) traitée au préalable, comme décrit précédemment, - 70 g de fibres de carbone dont le diamètre est d'environ 10 Ilm et dont la longueur moyenne est de 1,5 mm, - 15 ou 35 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à environ 65 % en poids d'extrait sec, - 50 ou 100 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3 1.m et dont la surface B.E.T. est de 250 m2.g-1 - du nickel de Raney Preparation of Microporous Electroconductive Material Free of Inert Mineral Fibers and Asbestos Fibers An electroconductive microporous material is prepared in the same manner as in Comparative Example 1 from a suspension comprising: - 30 g of PTFE fibers introduced under form of a mixture of sodium chloride and PTFE fibers (50/50 by weight) pre-treated, as previously described, - 70 g of carbon fiber, the diameter of which is approximately 10 μm and the average length of which is 1.5 mm, - 15 or 35 g of polytetrafluoroethylene in the form of latex to about 65% by weight of dry extract, - 50 or 100 g of precipitated silica in the form of particles with an average particle size of 3 μm and whose BET surface is 250 m2.g-1 - Raney nickel
- 9 ou 16 g de gomme xanthane (Rhodopol 23 commercialisé par Rhône- 9 or 16 g of xanthan gum (Rhodopol 23 sold by Rhône-Alpes);
Poulenc), ce qui correspond respectivement à 0,06 ou 0,10 % de titre massique dans l'eau Poulenc), which corresponds respectively to 0.06 or 0.10% by weight in water
- O ou 3,3 g de triton X 100 de la société Rohm et Haas. - O or 3.3 g of triton X 100 from Rohm and Haas.
Les caractéristiques du dépôt de la suspension sont rassemblées dans le The characteristics of the deposit of the suspension are collected in the
tableau suivant (I).following table (I).
composition de la suspension _ conditions de dépôt caractéristiques ex. xanthane latex silice triton Ni de Pds taux d'arrêt T (s) V E Q (g) PTFE (g) (g) Raney (g) (%) (mbar) (mm) (Q.cm) _ _ _ (g) (g) _ composition of the suspension _ characteristic deposit conditions ex. xanthan latex tritium silica Ni Pds stop rate T (s) VEQ (g) PTFE (g) (g) Raney (g) (%) (mbar) (mm) (Q.cm) _ _ _ (g) (g) _
3 9 15 50 0 5,7 300 62 215 60 2,5 13 9 15 50 0 5.7 300 62 215 60 2.5 1
4 9 55 50 0 5,7 302 81 160 83 3 0,5-1 4 9 55 50 0 5.7 302 81 160 83 3 0.5-1
9 55 100 3,3 5,7 301 40 150 58 2 0,5-1 9 55 100 3.3 5.7 301 40 150 58 2 0.5-1
6 16 35 50 0 300 72 175 70 2 0,5-16 16 35 50 0 300 72 175 70 2 0.5-1
7 16 35 100 0 0 301 46 175 75 2 0,5-1 7 16 35 100 0 0 301 46 175 75 2 0.5-1
8 16 35 100 3,3 O 301 42 175 85 1 0,5-1 8 16 35 100 3.3 O 301 42 175 85 1 0.5-1
TABLEAU (I)TABLE (I)
Dans ce tableau et les suivants, T représente le temps d'écoulement, V le vide final (voir exemple comparatif 1), pds. représente le poids déposé sur la grille, E In this table and the following, T represents the flow time, V the final vacuum (see Comparative Example 1), wt. represents the weight deposited on the grid, E
représente l'épaisseur du dépôt et Q la résistivité. represents the thickness of the deposit and Q the resistivity.
EXEMPLES 9 à 13EXAMPLES 9 to 13
Préparation de matériau microporeux électroconducteur selon l'invention On prépare de la même manière que dans l'exemple comparatif 1 un matériau microporeux électroconducteur à partir d'une suspension comprenant: - 5, 10, 50 ou 100 g de fibres de titanate de potassium de diamètre 0,2 à 1,5 [im et de longueur de 10 à 20 im, - 30 g de fibres de PTFE introduites sous forme d'un mélange de chlorure de sodium et de fibres de PTFE (50/50 en poids) traitée au préalable, comme décrit précédemment, - 70 g de fibres de carbone dont le diamètre est d'environ 10 ptm et dont la longueur moyenne est de 1,5 mm, - 15 ou 35 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à environ 65 % en poids d'extrait sec, - 50 ou 100 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3 [Lm et dont la surface B.E.T. est de 250 m2.g-1, - du nickel de Raney à 70 % de matières sèches environ, - 9 g de gomme xanthane (Rhodopol 23 commercialisé par Rhône- Poulenc), ce qui correspond respectivement à 0,06 % de titre massique dans l'eau, Preparation of electroconductive microporous material according to the invention In the same manner as in Comparative Example 1, an electroconductive microporous material is prepared from a suspension comprising: - 5, 10, 50 or 100 g of potassium titanate fibers of 0.2 to 1.5 μm in diameter and 10 to 20 μm in length, 30 g of PTFE fibers introduced in the form of a mixture of sodium chloride and treated PTFE fibers (50/50 by weight) beforehand, as previously described, - 70 g of carbon fibers whose diameter is about 10 μm and the average length of which is 1.5 mm, - 15 or 35 g of polytetrafluoroethylene in the form of a latex at about 65% by weight of dry extract, - 50 or 100 g of precipitated silica in the form of particles of average particle size of 3 μm and whose BET surface area is 250 m2.g-1, - Raney nickel 70% dry solids, - 9 g of xanthan gum (Rhodopol 23 marketed by Rhône-Poulenc), which corresponds to 0.06% of mass by weight, respectively. in water,
- 2 g de triton X 100 de la société Rohm et Haas. 2 g of X 100 triton from Rohm and Haas.
Les caractéristiques du dépôt de la suspension sont rassemblées dans le The characteristics of the deposit of the suspension are collected in the
tableau suivant (Il).following table (II).
composition de la suspension conditions de dépôt caractéristiques ex. fibres latex silice triton Ni de Pds taux d'arrêt T (s) V E Q titanate PTFE (g) (g) Raney (g) (%) (mbar) (mm) (Q. cm) (g) (g) (g) _ suspension composition characteristic deposit conditions ex. silica fiber triton Ni Pds stop rate T (s) VEQ titanate PTFE (g) (g) Raney (g) (%) (mbar) (mm) (Q.cm) (g) (g) (g) ) _
9 5 15 50 2 6,3 300 55 220 100 2,5 7 9 5 15 50 2 6.3 300 55 220 100 2.5 7
10 15 50 2 6,3 302 52 215 80 2,5 910 15 50 2 6.3 302 52 215 80 2.5 9
11 10 15 50 2 6,3 300 60 195 100 2,5 13 11 10 15 50 2 6.3 300 60 195 100 2.5 13
12 50 35 100 2 3 330 51 220 200 1,4 0,5-2 12 50 35 100 2 3 330 51 220 200 1.4 0.5-2
13 100 35 100 2 2,6 330 37 220 200 1,4 6 13 100 35 100 2 2.6 330 37 220 200 1.4 6
TABLEAU (Il)TABLE (II)
Ces exemples montrent que l'ajout de fibres minérales inertes, telles que des fibres de titanate dans des matériaux microporeux est nécessaire pour obtenir un dépôt viable industriellement. En effet, les temps d'écoulement et les vides finaux obtenus sont amenés au niveau de ceux mesurés lors de la fabrication du matériau avec fibres d'amiante décrit dans l'exemple comparatif 1 (à la différence des exemples 3 à 8 pour lesquels le temps d'écoulement reste insuffisant et le These examples show that the addition of inert mineral fibers, such as titanate fibers in microporous materials is necessary to obtain an industrially viable deposit. Indeed, the flow times and final voids obtained are brought to those measured during the manufacture of the material with asbestos fibers described in Comparative Example 1 (unlike Examples 3 to 8 for which the flow time remains insufficient and the
vide final trop faible).final vacuum too weak).
EXEMPLE COMPARATIF 14COMPARATIVE EXAMPLE 14
Préparation de matériau microporeux électroconducteur sans xanthane On prépare de la même manière que dans l'exemple comparatif 1 un matériau microporeux électroconducteur à partir d'une suspension comprenant: - 50 g de fibres de titanate de potassium de diamètre 0,2 à 1,5 p.m et de longueur de 10 à20!tm, - 30 g de fibres de PTFE introduites sous forme d'un mélange de chlorure de sodium et de fibres de PTFE (50/50 en poids) traitée au préalable, comme décrit ci-avant, - 70 g de fibres de carbone dont le diamètre est d'environ 10 tm et dont la longueur moyenne est de 1,5 mm, - 35 g de polytétrafluoroéthylène sous forme de latex à environ 65 % en poids d'extrait sec, - 100 g de silice précipitée sous forme de particules de granulométrie moyenne de 3 im et dont la surface B.E.T. est de 250 m2.g-1, - 3 g du nickel de Raney à 70 % de matières sèches environ, Les caractéristiques du dépôt de la suspension sont les suivantes: - le poids de la suspension filtrée est 330 g, - le temps d'écoulement est de 120 s, - le taux d'arrêt est d'environ 50%, - le vide final est de 163 mbar, - l'épaisseur est de 1,3 à 1,5 mm, Preparation of electroconductive microporous material without xanthan A microporous electroconductive material is prepared in the same manner as in Comparative Example 1 from a suspension comprising: - 50 g of potassium titanate fibers of diameter 0.2 to 1.5 pm and length of 10 to 20 μm, 30 g of PTFE fibers introduced in the form of a mixture of sodium chloride and PTFE fibers (50/50 by weight) treated beforehand, as described above, 70 g of carbon fibers, the diameter of which is approximately 10 μm and the average length of which is 1.5 mm, 35 g of polytetrafluoroethylene in the form of latex at approximately 65% by weight of solids, 100 g of silica precipitated in the form of particles of average particle size of 3 μm and whose BET surface is 250 m2.g-1, - 3 g of Raney nickel 70% solids, The characteristics of the deposition of the suspension are as follows: the weight of the filtered suspension is 330 g, the time of the flow rate is 120 s, the stopping rate is approximately 50%, the final vacuum is 163 mbar, the thickness is 1.3 to 1.5 mm,
- la résistivité électrique est de 10 Q.cm. the electrical resistivity is 10 Ω.cm.
EXEMPLES 15 et 16 Préparation de matériau microporeux électroconducteur selon l'invention On reprend les conditions de l'exemple 12 décrit précédemment, seule la quantité de nickel de Raney est modifiée. Dans la suspension, on introduit 5 (exemple 15) ou 2,5 (exemple 16) g de nickel de Raney. Avec la grille, le matériau microporeux électroconducteur constitue un élément cathodique sans EXAMPLES 15 and 16 Preparation of Microporous Electroconductive Material According to the Invention The conditions of Example 12 described above are repeated, only the amount of Raney nickel is modified. In the suspension, 5 (Example 15) or 2.5 (Example 16) were charged with Raney nickel. With the grid, the electrically conductive microporous material constitutes a cathodic element without
amiante selon l'invention.asbestos according to the invention.
Préparation de l'association de l'élément cathodique sans amiante et d'un diaphragme sans amiante On reprend les conditions de l'exemple comparatif 1 pour obtenir cette association. Les performances de ces associations sont rassemblées dans le tableau Preparation of the Combination of the Non-Asbestos-Free Cathode Element and an Asbestos-free Diaphragm The conditions of Comparative Example 1 were used to obtain this combination. The performances of these associations are gathered in the table
suivant (ll1).next (ll1).
Ex. matériau diaphragme Performances en électrolyse microporeux pds pds NaOH RF AU AUI..>o kwh/TCI2 H2 (%) (Kg/m2) (Kg/m2) (g/l) (%) (Volt) (Volt) dans le chlore Ex. Diaphragm material Performance in microporous electrolysis pds wt. RF NaOH RF> AUC kwh / TCI2 H2 (%) (Kg / m2) (Kg / m2) (g / l) (%) (Volt) (Volt) in chlorine
0,28 1,95 120 98,5 3,05 2,19-2,20 2340 < 0,2 0.28 1.95 120 98.5 3.05 2.19-2.20 2340 <0.2
96 3,05 2,19-2,20 2400 < 0,296 3.05 2.19-2.20 2400 <0.2
92 3,05 2,19-2,20 2500 < 0,292 3.05 2.19-2.20 2500 <0.2
88 3,05 2,19-2,20 2620 < 0,288 3.05 2.19-2.20 2620 <0.2
______ l ___ _ 200 86 3,05 2,19-2,202680 < 0,2 ______ l ___ _ 200 86 3.05 2.19-2.202680 <0.2
16 0,34 1,97 120 98 3,2 2,20-2,22 2465 < 0, 2 16 0.34 1.97 120 98 3.2 2.20-2.22 2465 <0.2
95 3,2 2,20-2,22 2540 < 0,295 3.2 2.20-2.22 2540 <0.2
92 3,2 2,20-2,22 2625 < 0,292 3.2 2.20-2.22 2625 <0.2
88 3,2 2,20-2,22 2745 < 0,288 3.2 2.20-2.22 2745 <0.2
____________200 86 3,2 2,20-2,22 2810 < 0,2 ____________200 86 3.2 2.20-2.22 2810 <0.2
1 0,35 2 120 98,5 3,05 2,19-2,20 2340 < 0,2 1 0.35 2 120 98.5 3.05 2.19-2.20 2340 <0.2
96 3,05 2,19-2,20 2400 < 0,296 3.05 2.19-2.20 2400 <0.2
92 3,05 2,19-2,20 2500 < 0,292 3.05 2.19-2.20 2500 <0.2
88 3,05 2,19-2,20 2620 < 0,288 3.05 2.19-2.20 2620 <0.2
_______ _____ 200 86 3,05 2,19-2,20 2680 < 0,2 _______ _____ 200 86 3.05 2.19-2.20 2680 <0.2
On note que les performances des associations selon l'invention sont satisfaisantes tout en présentant des faibles teneurs en hydrogène dans le chlore. Ces performances sont comparables à une association d'élément It is noted that the performance of the associations according to the invention are satisfactory while having low levels of hydrogen in chlorine. These performances are comparable to an element association
cathodique et de diaphragme avec amiante (exemple comparatif 1). cathode and diaphragm with asbestos (Comparative Example 1).
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